DE2137846B2 - Modulationsphasenvergleichs-Hyperbelverfahren und -Einrichtung zur Ortung flächengebundener Fahrzeuge - Google Patents

Description

^"verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet daß das Befehlssignal über einen Mehrfrequenzcode jeweils nur an ein bestimmtes Fahrzeug (FZ) gegeben wird.

12 Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Befehlssignal über ein Zeitmultiplex-Verfahren jeweils nur an ein bestimmtes Fahrzeug (FZ) gegeben wird.

13 Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet daß das Befehlssignal gleichzeitig an eine Gruppe 'von Fahrzeugen gegeben wird, und daß die Fahrzeuge dieser Gruppe durch zyklische Abfrage in einer festgelegten Reihenfolge das Meßsignal

aussenden. -■_,._■,,

14 Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13. dadurch gekennzeichnet, daß jedes Fahrzeug mit dem Meßsignal gleichzeitig ein Identifiz.erungssignal aussendet.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß mit bzw. neben dem Meßton durch weitere Signale zusätzliche Nachrichten übermittelt werden.

16 Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung und Auswertung der Meßwerte eine elektronische Rechenanlage vorgesehen ist.

17. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangsstationen mit Richtantennen versehen sind.

18. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß ein Fernsehmonitor zur Darstellung der einzelnen Fahrzeugstandorte vorgesehen ist.

19. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Fahrzeugstandorte mittels eines Projektors als Lichtpunkte auf einer Bildfläche darstellbar sind.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Standortbestimmung flächengebundener Fahrzeuge, insbesondere in einem Stadtgebiet, bei dem das zu ortende Fahrzeug auf einen hochfrequenten Träger modulierte niederfrequente Meßsignale aussendet, welche von mehreren getrennt angeordneten Empfangsstationen empfangen, dort demoduliert und über Niederfrequenzleitungen an eine Zentralstation weitergeleitet werden, wo durch direkten Phasenvergleich ihre Laufzeitdifferenzen ermittelt und in einem Hyperbel-Ortungsverfahren ausgewertet werden, wobei die Meßsignale in mehr Empfangsstationen empfangen werden, als dies zur Gewinnung eines Hyperbelschnittpunktes notwendig wäre. Die Erfindung umfaßt ferner eine Einrichtung 2:ur Durchführung dieses Verfahrens.

Bei öffentlichen Verkehrssystemen isl es für einen rationellen und effektiven Einsatz der Fahrzeugflotte notwendig, den Standort jedes einzelnen im Einsatz befindlichen Fahrzeugs zu jeder Zeit möglichst genau

festzustellen. Besonders wichtig ist dabei die ständige Ortung von Polizei- und Notdienstfahrzeugen; um schnell und wirksam Hilfe leisten zu können, muß die Zentrale jederzeit erkennen können, welches Fahrzeug zum Einsatzort die kürzeste Entfernung aufweist bzw. welches Fahrzeug diesen Einsatzort am schnellsten erreichen kann. Zu diesem Zweck sind derartige Fahrzeuge, daneben großenteils auch die öffentlichen Verkehrsmiucl, üblicherweise mit Funksprechgeräten ausgerüstet, mit deren Hilfe sich die einzelnen Fahrer jederzeit an die Zentrale wenden und ihren Standort melden können. Eine derartige Standortbestimmung über Sprechfunk ist aber nicht nur sehr zeitraubend, sondern sie erfordert zudem auch einen hohen Personalaufwand in der Zentrale und in den Fahrzeugen. Bei einer gröfteren Fahrzeugzahl ist eine ständige Überwachung aller Fahrzeuge auf diese Art überhaupt r^cht möglich.

Ein anderes System zur Standortbestimmung von Fahrzeugen, das beispielsweise in den US-Patentschriften 25 97 517 und 27 90 07 J beschrieben ist, arbeitet mit einer großen Anzahl von Signaleinrichtungen, die entlang der von den Fahrzeugen benutzten Wege fest installiert sind. Beim Passieren eines Fahrzeuges werden dann die Kenndaten des identifizierten Fahrzeuges zusammen mit den Ortskenndaten der fest installierten Signaleinrichtungen über feste Leitungen oder drahtlos an die Zentrale gegeben. Der Weg eines Fahrzeugs läßt sich hierbei um so genauer verfolgen, je mehr dieser Signaleinrichtungen installiert sind. Da das Fahrzeug aber jeweils dicht an der Signaleinrichtung vorbeikommen muß, ist dieses System praktisch nur sinnvoll für Verkehrsmittel mit genau vorgeschriebenen Routen, also für Linienbusse und Schienenfahrzeuge; es wird deshalb hauptsächlich auch für Eisenbahnsysteme verwendet.

Weiterhin ist für die Fahrzeugortung bereits ein Radarverfahren bekannt (US-PS 34 74 460, bei dem sich eine im Zentrum des zu überwachenden Gebietes befindliche Richtantenne langsam um eine vertikale Achse dreht. Dabei sendet sie ein moduliertes Sendesignal aus, das von den Fahrzeugantennen, die sich jeweils im Richtstrahl befinden, empfangen wird und die Abgabe eines Sekundärsignals im Fahrzeug mit der Fahrzeugkennung veranlaßt. Dieses Sekundärsignal wird in der Zentrale empfangen, wo aus. der Kennung, der Winkelstellung der Antenne und der Signallaufzeit der jeweilige Fahrzeugstandort ermittelt wird. Ein Nachteil dieses Systems ist die Notwendigkeit, als Trägerfrequenz relativ kurze Wellen zu benutzen, um die Abmessungen der Richtantenne klein zu halten. Diese kurzen Wellen werden aber von Gebäuden u. dgl. abgeschattet, so daß eine sichere Erfassung der Fahrzeuge besonders im Stadtgebiet nicht gewährleistet ist.

Die hohe Fehlerwahrscheinlichkeit, die bei dem vorgenannten System infolge der vielfältigen Reflexionen auftritt, wird bei einem Verfahren gemäß der DT-OS 20 32 211 durch die Verwendung mehrerer Empfangsstationen zumindestens teilweise kompensiert. Aus mehreren unabhängigen Entfernungsmessungen wird der Schwerpunkt der Fläche der Fehlerwahrscheinlichkeit gewonnen und als Grenzfall die tatsächliche Fahrzeugposition angenähert. Bei diesem System wird von einem Sender ein elektrisches Bezugssignal abgegeben, welches das zu ortende Fahrzeug ohne oder mit bekannter Verzögerung beantwortet. Dieses Antwortsignal wird von mindestens drei Empfängern aufgenommen und mit dem ebenfalls empfangenen Bezugssignal verglichen. Aus der Zeitdifferenz der beiden Signale wird auf den Standort des Fahrzeugs geschlossen. Es werden also bei dieser bekannten Einrichtung die Laufzeiten Sender-Fahrzeug-Empfänger und Sender-Empfänger miteinander verglichen, und Vergleich findet bei den einzelnen Empfängern statt Dies bedeutet aber, daß zwischen den Empfängern und der Zentrale jeweils hochwertige Datenkanäle erforderlich sind. Ein weiterer Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß die Weitergabe des Signals im Fahrzeug und die Bestim_mung der Laufzeit an den Empfängerstationen mit höchster absoluter Genauigkeit und Konstanz vorgenommen werden muß. Zu diesem Zweck muß deshalb Jedes einzelne Fahrzeug mit einem teueren Spezialempfänger mit kleiner Phasenverzerrung für die Meßfrequenz ausgerüstet werden.

In der deutschen Auslegeschrift 12 54 206 ist außerdem bereits ein Hyperbel-Ortungsverfahren beschrieben, bei welchem die Laufzeitdifferenzen eines Meßsignals auf dem Wege zu verschiedenen Empfangsstationen zur Ortung eines Fahrzeugs ausgenutzt werden, wobei zur Eichung des Systems, also zur Eliminierung von Fehlern in den Laufzeitdifferenzmessungen, ein ortsfester Vergleichssender abgefragt und aus den hierbei gewonnenen Meßwerten Korrekturwerte gewonnen werden. Dieses Verfahren, das vornehmlich zur Ortung von Flugzeugen gedacht ist, könnte zur Ortung von Fahrzeugen in einem Stadtgebiet nur schwer angewendet werden. Abgesehen von den erheblichen Kosten dieses Verfahrens wird dabei auch ein Impulstastverfahren benutzt, das zur Meßsignalübertragung ein breites Frequenzband benötigt; derartige Frequenzbänder stehen jedoch im allgemeinen den örtlichen Behörden nicht zur Verfügung. Außerdem benötigt dieses Impulstastverfahren teuere Sendegeräte in den Fahrzeugen und teuere, hochgenaue Uhren in den Empfangsstationen, schließlich auch noch hochwertige Datenleitungen zwischen den Empfangsstationen und der Zentralstation. Der größte Nachteil dieses bekannten reinen Hyperbel-Ortungsverfahrens besteht jedoch darin, daß durch die vielfältigen Reflexionen des Meßsignals in gebautem Gebiet das Meßergebnis zwangläufig stark verfälscht wird.

Auch in der deutschen Patentschrift 9 20 376 ist bereils ein Hyperbel-Ortungsverfahren der eingangs erwähnten Art beschrieben.

Dort wird auch bereits die Möglichkeit erwähnt, zur Erhöhung der Ortungsgenauigkeit eine größere Anzahl von Meßstellen zu verwenden. Auch die Möglichkeit der Verwendung niederfrequenter Meßsignale wird dort bereits genannt. Allerdings treten dort bei der Weiterleitung der Meßsignale von den Empfängern zur Zentralstation sowohl auf den Leitungen als auch in den Geräten zusätzliche Laufzeiten auf, welche zudem stark schwanken und somit nicht in Form fester Korrekturwerte berechnet und berücksichtigt werden können. Darüber hinaus wird auch bei diesem Verfahren jeweils nur ein Meßsignal ausgewertet, so daß die erwähnten Reflexionen des Meßsignals nach wie vor einen starken, verfälschenden Einfluß auf das Meßergebnis ausüben.

Aufgabe der Erfindung ist es, das Hyperbel-Ortungsverfahren der eingangs erwähnten Art so zu verbessern, daß es auch für die Ortung von Fahrzeugen in einem Stadtgebiet praktikabel wird und die Nachteile des zuletzt erwähnten bekannten Systems vermeidet. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß zur Eliminierung der zwischen den Empfangsstationen und

der Zentralstation auftretenden Laufzeitfehler in an sich bekannter Weise Korrekturwerte durch Abfragen eines ortsfesten Vergleichssenders gewonnen werden, und daß für jede Standortbestimmung jeweils mehrere aufeinander folgende Meßsignale des betreffenden Fahrzeugs über die einzelnen Empfangsstationen empfangen und aus allen gemessenen Laufzeitdifferenzen durch Mittelwertbildung der wahrscheinliche Fahrzeugstandort festgelegt wird.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren werden also durch ständig wiederholbares Abfragen des ortsfesten Vergleichssenders mit seinen genau bekannten Standortkoordinaten immer wieder neue Korrekturwerte gewonnen, mit denen die Laufzeiten bzw. Laufzeitfehler, die sich aus der Weiterleitung der niederfrequenten Signale zur Zentrale ergeben, eliminiert werden können.

Weiterhin ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren auch eine zeitliche Mehrfachmessung vorgesehen, so daß die bei einem fahrenden Fahrzeug ständig wechselnden Reflexionen sich auf die Dauer gegenseitig aufheben und bei der Mittelwertbildung der Laufzeitdifferenzen nicht mehr in Erscheinung treten.

Eine Verfeinerung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann weiterhin dadurch erreicht werden, daß man gestört empfangene Signale, das sind Signale mit sehr häufiger Reflexion und deswegen sehr schwacher Amplitude, von vornherein bei der Auswertung nicht oder nur gering bewertet. Außerdem ist es zweckmäßig, sehr weit vom Mittelwert abliegende Meßwerte außer Betracht zu lassen.

Eine andere Möglichkeit zur Verbesserung der Meßgenauigkeit besteht darin, von mehreren hintereinander empfangenen Meßsignalen durch Vergleich mit einer zentralen Zeitbasis die absolut kürzesten Laufzeiten zu ermitteln und für das Hyperbel-Ortungsverfahren die jeweils kürzesten Laufzeiten stärker zu bewerten. Dabei geht man von der Annahme aus, daß diese kürzesten Laufzeiten immer mit den geringsten Umwegen durch Reflexionen behaftet sind.

Bei einer laufend durchgeführten Fahrzeugortung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird jedes Fahrzeug in bestimmten Zeitabständen aufgerufen und geortet. Aus einer solchen Folge von einzelnen Standortbestimmungen läßt sich der Weg des betreffenden Fahrzeugs an Hand eines Straßenplanes gut verfolgen. Die Genauigkeit der Messung kann hierbei noch dadurch gesteigert werden, daß man jeden ermittelten Standort mit dem vorhergehenden Standort vergleicht und nur dann berücksichtigt, wenn die Entfernung der beiden Meßpunkte mit der erreichbaren Fahrzeuggeschwindigkeit unter Berücksichtigung der örtlichen Gegebenheiten, wie z. B. Straßenverlauf, Flüsse und Brükken u. dgl., in Einklang steht.

Wie bereits ausgeführt wurde, beruht die Genauigkeit der Ortung beim erfindungsgemäßen Verfahren im wesentlichen auf den Mehrfachmessungen. Dies ist darauf zurückzuführen, daß bei einem bewegten Fahrzeug die Reflexion des Meßsignals ständig anders erfolgt, so daß sich die aufstrebenden Fehler gegenseitig kompensieren. Bei einem stehenden Fahrzeug dagegen tritt eine solche Kompensation nicht ein, da bei einer Mehrfachmessung immer der gleiche Fehler in der gleichen Richtung sich auswirkt. Es ist deshalb in einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, durch geeignete Mittel die Auswertung von Meß-Signalen nur von bewegten Fahrzeugen vorzunehmen. Eine Kennzeichnung von stehenden und bewegten Fahrzeugen ergibt sich beispielsweise durch Vergleich von Schwankungsgröße und Schwankungsfrequenzer der v/ährend einer Messung ermittelten Werte. Es is aber auch möglich, daß eine spezielle Ausrüstung de: Fahrzeuge das Stehenbleiben eines Fahrzeuges durcr ein gesondertes, dem Meßton überlagertes Signal an zeigt. Die Fahrzeuge können aber auch so ausgerüstei sein, daß der jeweilige Sender nur bei Bewegung de: Fahrzeuges zur Aussendung des Meßsignals veranlaß! werden kann.

Die Abgabe des Meßsignals von den einzelnen Fahrzeugsendern wird zweckmäßigerweise jeweils durcr ein Befehlssignal von der Zentralstation aus veranlaßt Damit ist gewährleistet, daß in der Zentralstation die empfangenen Meßsignale jeweils einem bestimmter Fahrzeug zugeordnet werden. Die Befehlssignale von der Zentrale aus können über einen Mehrfrequenzcode oder über ein Zeitmultiplexverfahren ausgesendet werden, so daß jeweils nur ein bestimmtes Fahrzeug zur Abgabe des Meßsignals veranlaßt wird. Es ist aber auch möglich, das Befehlssignal gleichzeitig an eine Gruppe von Fahzeugen zu geben, wobei dann die Fahrzeuge dieser Gruppe durch zyklische Abfrage in einer festgelegten Reihenfolge das Meßsignal aussenden. Eine solche Gruppenabfrage beansprucht weniger Zeit als eine Einzelabfrage einer gleich großen Zahl von Fahrzeugen, da hierbei nicht für jedes Fahrzeug die Zeit für ein Befehlssignal und ein Antwortsignal aufgewendet werden muß. Vielmehr wird die Zeit für das Befehlssignal nur einmal gebraucht, und dann können sämtliche Antwortsignale in der festgelegten Reihenfolge unmittelbar nacheinander abgegeben werden.

Daneben ist es natürlich möglich, daß jedes Fahrzeug zugleich mit dem Meßsignal auch ein Identifizierungssignal aussendet. Auch zusätzliche Nachrichten, beispielsweise Notrufe oder Meldungen über den Fahrzeugzustand, können durch weitere Signale mil bzw. neben dem Meßton übermittelt werden.

Weiterhin ist es zweckmäßig, zur Vermeidung von Laufzeitverzerrungen durch Pegelschwankungen in den Empfangsstationen breitbandige Begrenzerverstärker zu verwenden. Um weiterhin Laufzeitschwankungen durch das Zwischenfrequenzfilter in den einzelnen Empfangsstationen zu vermeiden, ist eine Nachsteuerung des lokalen Oszillators vorgesehen, so daß auch bei Frequenzabweichungen des Senders eine konstante Zwischenfrequenz erzielt wird.

Zur Durchführung der oben erläuterten Mehrfachmessungen ist es zweckmäßig, daß zur Emittlung und Auswertung der Meßwerte eine elektronische Rechenanlage in der Zentralstation vorgesehen ist. Damit ist es möglich, durch häufiges Abfragen und Auswertung vieler Meßsignale eine ständige Ortung mit hoher Genauigkeit zu erzielen.

Zur Erzielung eines günstigen Stör-Nutz-Abstandes beim Empfang des Meßsignals ist es weiterhin günstig, die Empfangsstationen mit Richtantennen zu versehen. In diesem Falle müssen die Empfangsstationen natürlich am äußeren Rand des zu überwachenden Gebietes aufgestellt werden, so daß sie mit Hilfe dieser Richtantennen das gesamte Gebiet erfassen können.

Die Auswertung der bei dem erfindungsgemäßen Verfahren gewonnenen Meßwerte erfolgt in zweckmäßiger Weise dadurch, daß die Ortsangabe des jeweiligen Fahrzeuges zusammen mit einigen Kenngrößen des jeweiligen Fahrzeugzustandes auf einem Fernsehmonitor dargestellt wird, auf welchem zusätzlich ein Stadtplan od. dgl. zu sehen ist. Besonders vorteilhaft ist dabei eine farbige Anzeige der einzelnen Fahrzeuge.

An Stelle des Fernsehmonitors ist es aber auch möglich, die einzelnen Fahrzeugstandorte mittels eines Projektors als Lichtpunkte auf einer Bildfläche, elv/a einem Stadtplan, darzustellen.

Einzelheiten der Erfindung sind nachstehend in einem Ausführungsbeispiel an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt

F i g. 1 die grundsätzliche Anordnung der Empfangsstationen und der Zentralstation zur Durchführung des erfindungsgemäßen Ortungsverfahrens,

F i g. 2 eine allgemeine Erläuterung des Hyperbelortungsverfahrens,

F i g. 3 ein Blockschaltbild der Einrichtungen in einem Fahrzeug, einer Empfangsstation und der Zentralstation,

F i g. 4 eine erläuternde Darstellung zum Prinzip der Laufzeitdifferenzmessung,

F i g. 5 ein Blockschaltbild der Zentralstation mit einigen zusätzlichen Einrichtungen zur Fehlerkompensation,

Fig.6 eine erläuternde Darstellung zur Ermittlung von Korrekturwerten mittels eines Vergleichssenders.

In der F i g. 1 ist in einfacher Weise die geografische Anordnung der einzelnen Einrichtungen für das erfindungsgemäße Ortungsverfahren dargestellt. Ein Fahrzeug FZ, das sich in dem überwachten Gebiet bewegt, wird von einer Zentrale Z zur Abgabe eines Meßsignals veranlaßt. Dieses Meßsignal wird ungerichtet ausgestrahlt und von drei ortsfesten Empfangsstationen £1, £2 und £3 empfangen. Je nach dem Standort des Fahrzeuges benötigt das Meßsignal unterschiedliche Laufzeiten f I₁ (2 und f3 zu den einzelnen Empfangsstationen und wird dort auch mit entsprechend unterschiedlicher Phasenverschiebung empfangen. Das niederfrequente Meßsignal, das vom Fahrzeug aus auf einer hochfrequenten Trägerfrequenz ausgestrahlt wurde, wird nun in den Empfangsstationen wieder demoduliert und über feste Kabel Ii, 12 und /3 mit bekannten Laufzeiten an die Zentrale Z weitergeleitet. Dort werden mit Hilfe von Phasenvergleichseinrichtungen die Laufzeitdifferenzen zwischen 11, 12 und f3 ermittelt. Mit Hilfe dieser Differenzwerte lassen sich Hyperbeln zwischen jeweils zwei Empfangsstationen ermitteln, durch deren Schnittpunkt der Standort des Fahrzeuges festgelegt ist.

An Hand der F i g. 2 soll das Hyperbelortungsverfahren noch einmal kurz erläutert werden. Betrachtet man die beiden Punkte £1 und £2, die in diesem Falle zwei Empfangsstationen bedeuten, so lassen sich zwischen diesen beiden Punkten beliebig viele Hyperbeln Λ 11, h 12.../? In konstruieren, die alle die beiden Punkte £1 und £2 als Brennpunkte haben. Jede dieser Hyperbeln bildet dabei den geometrischen Ort für jeweils alle Punkte, von denen aus die Differenz der Abstände zu den beiden Punkten £1 und £2 gleich ist. Hat also das Meßsignal eines Fahrzeuges FZ zur Empfangsstation £1 die Laufzeit rl und zur Empfangsstation £2 die Laufzeit 12, so muß sich dieses Fahrzeug auf einer Hyperbel hx befinden, welche der Laufzeitdifferenz t 2 — 11 entspricht.

In gleicher Weise kann man zwischen den Empfangsstationen £ ί und £3 Hyperbeln h 21, h 22 ... h 2n konstruieren, die den Entfernungsdifferenzen zu diesen beiden Empfangsstationen entsprechen. Aus einer bestimmten Laufzeitdifferenz /3 - rl erhält man wiederum eine bestimmte Hyperbel hy. Der Schnittpunkt der beiden Hyperbeln hx und hy ist schließlich der gesuchte Standort des Fahrzeugs. Zwischen den Punkten £2 und £3 ließen sich natürlich ebenfalls in der gleichen Weise Hyperbeln bilden, doch bringt dies im vorliegenden Falle keine zusätzliche Information. Für die praktische Anwendung kann es allerdings je nach Art der Auswertung günstig sein, aus den drei möglichen Hyperbeln für eine bestimmte Messung jeweils diejenigen zwei auszuwählen, die sich möglichst senkrecht schneiden, um schleifende Schnittpunkte und damit eine ungenaue Ablesung zu vermeiden. Die Verwendung einer vierten Empfangsstation bringt wiederum zusätzliche Schnittpunkte, aus denen man dann den Schwerpunkt als angenäherten Standort bestimmen kann.

Die F i g. 3 bringt schließlich in einem Blockschaltbild die wichtigsten Einrichtungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Ortungsverfahrens in ihrer jeweiligen Zuordnung zu einem Fahrzeug FZl, einer Empfangsstation £1 und zur 2'entrale Z Das Fahrzeug FZl ist mit wenigen und einfachen Geräten ausgerüstet; damit ist das Verfahren mit verhältnismäßig geringen Kosten auch für eine große Anzahl von Fahrzeugen verwendbar. Im Fahrzeug befindet sich ein Meßtonsender MS, der das Meßsignal abgibt. Dieses wird auf einen hochfrequenten Träger moduliert und über den Fahrzeugsender FS drahtlos abgegeben. Die Aufforderung zum Abgeben des Meßsignals erhält das Fahrzeug von der Zentrale über den Fahrzeugempfänger F£. Ein Selektivrufempfänger SR spricht nur auf ein bestimmtes Befehlssignal an und schaltet kurzzeitig den Meßtonsender ein. Die gleiche Ausstattung wie Fahrzeug FZl enthalten auch alle übrigen Fahrzeuge FZ 2 bis FZn.

In der Empfangsstation £1 wird das ankommende Meßsignal drahtlos empfangen und in einem Empfangsmischer £Mauf eine einfacher verarbeitbare Zwischenfrequenz gebracht. Über ein Zwischenfrequenzfilter FZ gelangt das Signal dann in einen breitbandigen Begrenzerverstärker und wird dort auf eine bequem auswertbare Amplitude gebracht. In einem Frequenzdiskriminator FD wird das Meßsignal ausgewertet und über einen Niederfrequenzverstärker NV an die Zentralstation Z weitergegeben. Gleichzeitig wird die ankommende Frequenz gemesser! und über eine automatische Frequenzkontrolle FK und einen Überlagerungsoszillator UEO konstant gehalten. Über ein Niederfrequenzkabel /1 mit bekannter Laufzeit wird das Meßsignal an die Zentrale geleitet; gleichzeitig wird dieses Meßsignal aber auch von den anderen Empfangsstationen £2 und £3, die die gleichen Einrichtungen aufweisen wie die Station £ 1, mit unterschiedlichen Laufzeiten empfangen und an die Zentrale weitergegeben.

Die Zentralstation Z enthält zunächst Einrichtungen für den Aufruf der jeweils zu ortenden Fahrzeuge. Hierzu ist ein Codierer COD vorgesehen, der von einem Taktgeber TG gesteuert wird und das Selektivrufsignal über einen Modulator M an den Hochfrequenzsender ZS gibt. Über diesen Sender wird das Befehlssignal zur Abgabe des Meßsignals jeweils an das zu ortende Fahrzeug drahtlos gesendet.

Weiterhin sind in der Zentralstation die Einrichtungen zur Laufzeitmessung vorgesehen. Die Zeitmessung wird mit digitalen Zählern Zl, Z2 und Z3 durchgeführt, und zwar über mehrere Perioden, um kurzzeitige Übertragungsstörungen, Vielfachreflexionen beim fahrenden Fahrzeug und Fehler durch ein verrauschtes Signal auszumittein. ]eder Empfangsstation ist dabei ein Zähler zugeordnet. Die Ermittlung der Laufzeiten bzw. der Laufzeitdifferenzen erfolgt durch einen Phasenvcr-

gleich; für diese Phasenmessung wird der Nulldurchgang jeweils ausgewertet. Jedes von einer Empfangsstation Fl, F2 bzw. E3 ankommende Meßsignal durchläuft einen Komparator K 1, K 2 bzw. K 3, deren Ausgänge exakt beim Nulldurchgang durchgeschaltet werden. Da sich der Nulldurchgang des Signals durch Verzerrungen verschieben kann, wird zweckmäßigerweise noch ein nicht dargestelltes Filter vorgeschaltet. Durch einen Startimpulsfornier ST werden alle Zähler Zl, Z2 und Z3 zum gleichen Zeitpunkt gestartet und mit Zählimpulsen von einem Zeittaktgeber ZTG beaufschlagt. Da bei der Auswertung der Meßsignale ohnehin nur die Differenz der Zählerstände gebildet wird, genügt es, die Zähler bei jeder Periode zu irgendeinem, jedoch alle /.u einem gleichen Zeitpunkt zu starten. Je früher die Zähler innerhalb der Perioden der Meßfrequenz gestartet werden, um so größer muß allerdings die Zählerkapazität sein. Deshalb startet man vernünftigerweise die Zähler zum spätestmöglichen Zeitpunkt, also beim ersten Nulldurchgang eines Signals. Die einzelnen Zähler werden durch den ihnen zugeordneten Komparator wieder gestoppt, wenn das zugeordnete Signal durch Null geht. Das bedeutet, daß der Zähler des zuerst auslösenden Signals bei Null stehen bleibt. Die einzelnen Zählvorgänge werden weiterhin durch einen Meßvorgangszähler MZ registriert. Bei einem bestimmten Wert dieses Zählers wird die Messung abgeschlossen.

In der Fig.4 ist noch einmal der zeitliche Ablauf dieser Phasendifferenzmessung dargestellt. Die Signale e 1, e2 und e3, die von den Empfangsstationen Fl, £2 und F3 ankommen, gehen zu unterschiedlichen Zeitpunkten tat, ta2 und ta3 durch den Nullpunkt. Zum Zeitpunkt ta 1 werden mit dem Startsignal vi alle Zähler Zl, Z2 und Z3 gestartet. Der Zähler Zl wird jedoch zugleich durch den Nulldurchgang des Meßsignals e 1 wieder gestoppt, so daß dieser Zähler eine Zeitdifferenz von »0« mißt. Der Zähler Z2 wird mit dem Nulldurchgang des Meßsignals el zum Zeitpunkt ta2 gestoppt und weist damit eine Zeitdifferenz von ζ 2 = ta 2 — ta 1 auf. Entsprechend wird der Zähler Z3 zum Zeitpunkt i3 gestoppt; seine Zeitdifferenz beträgt dann z3 = ta 3 - ta 1. Natürlich kann man den Zählvorgang zu jedem beliebigen Zeitpunkt starten; die Differenzen der einzelnen Zählerstände werden dann durch die Subtrahierer 512. 513 und 523 (F i g. 3) gebildet und an ein Anzeigegerät AG weilergeleitet. Gleichzeitig erhält dieses Anzeigegerät vom Codierer COD die Kennzeichnung des Fahrzeuges, beispielsweise die Fahrzeugnummer N. Auf dem Anzeigegerät, beispielsweise einem Bildschirm, erscheint dann also das betreffende Fahrzeug mit seinem Standort und seiner Nummer.

In der F i g. 5 sind noch einmal die Einrichtungen der Zentralstation dargestellt, wobei gegenüber der F i g. 3 zusätzliche Einrichtungen zur Fehlerkorrektur und zur Erhöhung der Meßgenauigkeit enthalten sind. Man erkennt daraus auch, daß verschiedene Einrichtungen zentral nur einmal vorhanden sind, während andere — je nach Anzahl der Empfangsstationen — je einmal pro Empfängerteil ETi, £Γ2 und £7"3 vorhanden sind. Diese mehrfach vorhandenen Einrichtungen sind nur einmal für das Empfängerteil £7"! dargestellt. |edes Empfängerteil enthält nun an Stelle eines einzigen Zählers eine größere Anzahl solcher Zähler, beispielsweise ZIl. Z12... ZlO. die durch den Meßvorgangszähler MZ der Reihe nach angeschaltet werden, so daß jeder Zähler eine Einzelmessung vornimmt. Dem Kompara-

tor K 1 bzw. K 2 oder K 3 ist jeweils ein Störungsmel der SM zugeordnet, durch den bei gestört empfangenen Signalen jeweils eine Annulierung der betreffender Teilmessung vorgenommen wird. Ansonsten erfolgt die Zählung wie bei F i g. 3 bereits beschrieben, wobei durch den zentralen Startimpulsformer ST jeder Zählvorgang eingeleitet wird. Die Einzelzähler Z11 bis Z IC sind alle an eine gemeinsame Vergleichseinrichtung VE angeschlossen, durch welche die Zählerergebnisse mit-

einander verglichen werden können. Sind sämtliche Ergebnisse zumindestens in ihren Hunderter- und Zenerstellen gleich, so wird daraus geschlossen, daß das Fahrzeug steht. Über einen Ausschalter A wird dann die weitere Auswertung dieses Meßvorgangs verhin-

dert.

Aus den Einzelabmessungen der Zähler ZIl bis ZlO kann nunmehr wahlweise der Mittelwert gebildet oder der kürzeste Meßwert ausgewählt werden. Zu diesem Zweck ist ein Umschalter U vorgesehen, durch den

wahlweise der Mittelwertbilder MW oder eine Auswahleinrichtung für den kürzesten Wert KW angeschaltet werden kann. Zur Ermittlung des kürzesten Meßwertes ist es aber notwendig, dem Zähler eine zentrale Zeitbasis zuzuordnen. Dies erfolgt über einen zen-

tralen Meßtonsender ZB, der bei der ersten Einzelmessung mit einem ankommenden Meßsignal synchronisiert wird. Bei den folgenden Einzelmessungen wird dann das Startsignal nicht mehr durch ein ankommendes Meßsignal von einer Empfangsstation ausgelöst,

sondern durch diesen zentralen Meßtonsender ZB, der μ P^{raktIsch keine} Laufzeiten aufweist und somit die Meßvorgänge in immer gleichen Abständen auslöst. Aus dem Vergleich der hieraus sich ergebenden Teilmessungen kann dann ohne weiteres die jeweils kürze-

ste Laufzeit des gesamten Meßvorgangs erkannt wer-

Der aus einem Meßvorgang gewonnene Wert, sei es durch Mittelwertbildung oder sei es durch Ermittlung des Wertes für die absolut kürzeste Laufzeit, wird

schließlich auf einen Addierer ADDi gegeben und dort durch einen Korrekturwert aus einem Korrekturspeicher KOR zur Kompensierung von Laufzeit-Schwankungen in den Auswerte- und Übertragungsein-A^^{tUngen er}S^änzt· ^Der resultierende Wert aus diesem

α J!l^{ADDi wird z}"sammen mit den Werten aus den Addierern ADD2 und ADD3 der übrigen Empfangende an die Subtrahierer 512. 513 und 523 gegeben. Die hieraus ermittelten Koordinaten werden zu-™nrⁿ ü?" ^Fanrzeugnummer aus dem Codierer

cu/Jtur die Steuerung des Anzeigegerätes verwendet.

Die Korrekturwerte des Korrekturspeichers KOR

werden aus einer Vergleichsmessung eines ortsfesten

vergleichssenders gewonnen. Zu diesem Zweck wird

von Zeit zu Zeit durch den Codierer COD an Stelle

eines Fahrzeuges der Vergleichssender MSZ aufgerulen und über einen Schalter 5Vl zum Aussenden eines Meßsignals veranlaßt. Dieser Vergleichssender MSZ. der VOrZUgSWe₁Se in der Zentralstation angeordnet ist.

^ a/c .T '■" ^{Seinem Aufbau} S^{enau den} Meßtonsendern a ( Fa ^einzelnen Fahrzeuge. Gleichzeitig mit dem Aufruf des Vergleichssenders wird der Schalter 5V2 rep inn ? ^{die Meßer}gebnisse nicht auf den Addierer Λυυι, sondern auf einen Subtrahicrer 5i7ßgelan-

ftc Zι (J" I^{Cm Subtra}hierer werden die ermittelten

Meßdaten des Vergleichssenders mit der. tatsächlichen Koordinaten verglichen, die in einen Festwertspeicher

pp~h^ngeSpe'S " ^{Sind und nun an den} Subtrahierer gegeben werden. Au₅ diesem Vergleich der tatsächli-

chen Koordinaten mit den gemessenen Werten wird ein Korrekturwert ermittelt, der in den Korrekturspeicher KOR eingespeichert und bei den übrigen Messungen berücksichtigt wird.

An Hand der F i g. 6 soll noch kurz erläutert werden, wie aus der Ortung des Vergleichssenders die Korrekturwerte für die Laufzeitverzerrungen gewonnen werden. Dieser Vergleichssender wird wie ein beweglicher Fahrzeugsender geortet; allerdings sind bei ihm die Abstände zu den Empfängern genau bekannt und damit auch die Laufzeiten des Signals zwischen Sender und Empfänger. In der F i g. 6 bezeichnet a die gesamte Laufzeit von einem Fahrzeug über die Empfangsstation El zur Zentrale, b die gesamte Laufzeit vom gleichen Fahrzeug über die Empfangsstation £2 zur Zentrale. Entsprechend bedeutet c die gesamte Laufzeit vom Vergleichssender über die Empfangsstation El zur Zentrale und d die entsprechende Laufzeit vom Vergleichssender über die Empfangsstation E2 zur Zentralstation. Hierbei sind te 1 und fe2 die Laufzeiten bei der Ortung vom Fahrzeug zur jeweiligen Empfangsstation, te Γ und te 2' die entsprechenden Laufzeiten vom

Vergleichssender zu den Empfangsstationen. Die Lauf zeitfehler im Empfänger und im Kabel sind dabei als tf\ und if2 bezeichnet; sie sind sowohl bei der Vergleichsmessung als auch bei der Fahrzeugortung gleich.

At bzw. At sind die fehlerbehafteten Laufzeitdifferenzen. Es gilt also:

At = (te2 + tf2) - (tei + tfi)

Durch Umformung ergibt sich:

fe2 - fei = Al - (//"2 - //"I).

ic2 - fei ist die gesuchte Differenz der tatsächlicher Laufzeiten. Bei der Vergleichsmessung wird //"2 - tfi folgendermaßen ermittelt:

Af = (fe2' + tf2) - (te Γ + f/Ί);
daraus wird

tf2 - tfi = Af - te2' + tei' = it.

k ist der Korrekturwert, mit dem jede Messung korrigiert wird. Es ist also dann die Differenz der tatsächli chen Laufzeiten te2 - te 1 = At - k. Auf diese Weise geht die Genauigkeit der Laufzeitmessung nicht mehl absolut in das Ergebnis ein, sondern nur die Genauigkeit in Relation zur Vergleichsmessung.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

JSSl-

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Standortbestimmung flächengebundener Fahrzeuge, insbesondere in einem Stad'.-gebiet, bei dem das zu ortende Fahrzeug auf einen hochfrequenten Träger modulierte niederfrequente Meßsignale aussendet, weiche von mehreren getrennt angeordneten Empfangsstationen empfangen, dort demoduliert und über Niederfrequenzlei- :o tungen an eine Zentralstation weitergeleitet werden, wo durch direkten Phasenvergleich ihre Laufzeitdifferenzen ermittelt und in einem Hyperbel-Ortungsverfahren ausgewertet werden, wobei die Meßsignale in mehr Empfangsstationen empfangen werden, als dies zur Gewinnung eines Hyperbelschnittpunktes notwendig wäre, dadurch gekennzeichnet, daß zur Eliminierung der zwischen den Empfangsstationen (Ei, E2, E3) und der Zentralstation (Z) auftretenden Laufzeitfehler (tf) in an sich bekannter Weise durch Abfragen eines ortsfesten Vergleichssenders (MSZ) Korrekturwerte (k) gewonnen werden, und daß für jede Standortbestimmung jeweils mehrere aufeinanderfolgende Meßsignale des betreffenden Fahrzeugs (FZ) über die einzelnen Empfangsstationen empfangen und aus allen gemessenen Laufzeitdifferenzen (At)durch Mittelwertbildung der wahrscheinliche Fahrzeug-Standort festgelegt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß gestört empfangene bzw. sehr schwache Signale bei der Mittelwertbildung nicht berücksichtigt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß weit vom Mittelwert abliegende Meßergebnisse nicht berücksichtigt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aus dem Vergleich mit einer zentralen Zeitbasis ermittelten, absolut kürzesten Laufzeiten bei der Mittelwertbildung stärker gewertet werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder ermittelte Standort eines Fahrzeuges mit dem bei der vorhergehenden Messung ermittelten Standort verglichen und nur dann berücksichtigt wird, wenn die Entfernung der beiden Meßpunkte mit der erreichbaren Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeuges in Einklang steht.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertung von Meßsignalen nur von bewegten Fahrzeugen vorgenommen wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß durch Vergleich von Schwankungsgröße und Schwankungsfrequenzen der während einer Messung ermittelten Werte eine Unterscheidung zwischen stehenden und bewegten Fahrzeugen vorgenommen wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß stehende Fahrzeuge durch ein gesondertes, dem Meßton überlagertes Signal angezeigt werden.

9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der im Fahrzeug angeordnete Sender (FS) nur bei Bewegung des Fahrzeuges zur Aussendung des Meßsignals veranlaßt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9,

dadurch gekennzeichnet daß jeder einzelne Fahr-7pu«ender (FS) durch ein Befehlss.gnal von der Zentralstation (Z) aus zur Abgabe des Meßsignals